模拟电子线路课程设计报告

模拟电子线路课程设计报告学 院：计算机与信息学院 专业班级：XXXXXX 设计题目一：方波三角波发生器 设计题目二：测量放大器学 号：XXXX学生姓名：XXXX搭档：XXXX 学号：XXXX指导老师：XXXXXX设计题目一：方波三角波发生器1. 设计指标要求：振荡频率范围为 20Hz2kHz。三角波振荡振幅调节范围为 13.5V。2. 方案设计：在工程实践中，广泛使用各种类型的信号发生器。从波形分类，有正弦波信号发生器和 非正弦波信号发生器。从电路结构上看，它们是种不需要外加输入信号而自行产生信号输出 的电路。依照自激振荡的工作原理，采取正、负反馈相结合的方法，将一些线性和非线性的 元件与集成运放进行不同组合，或进行波形变换，即能灵活地构成各具特色的信号波形发生 电路。2.1方波信号发生器：一个由运放组成的简单方波发生器电路如图1所示。由于存在R2、R1组成的正反馈， 帮运放的输出U 只能取U 或U ，即电路的输出U只能取U或U o U极性的正 OOM-OMOZZ0负决定着电容C上是充电还是放电。0稳压管的限流电阻。由U、U比较的结果可决定输出电压U的取值，即U U , U =+-O-+ O-U ； U 0， U = +U ；当U 0， U = -U。A1的输出翻转，U = +U。同样, +OZ+OZ01Z当U = -RU /R时，U =-U，这样不断地反复，便可得到方波U和三角波UO21 Z 2OZO1O2其三角波峰值和周期为：RU = UO 2 MR Z2RT 二 4 R CR 62可见，调节RR6、R2和C均可改变振荡频率，本实验电路通过调整Ri改变三角波的幅 度，调整R改变积分到一定的电压所需的时间，即改变周期。62.4集成运放选择：根据设计任务，采用图4所示的三角波发生器电路。在该电路中，A1作为比较器，其 转换速率应满足电路频率的要求，在方波频率较高时，宜选用s高的运放，A2作为积分器r宜选用失调及漂移小的运放。在通用型运放中，uA741是典型的代表性产品，它具有电压增 益高、共模电压范围宽、负载能力强以及工作稳定的优点。另外，它的电源电压适应范围较 宽，且自带频率补偿，无需外加补偿网络，并且它还具有失调电压调整能力和过流保护功能。 与其同类的产品UA747 （双运放）、LM324 （四运放）等。根据所选电路，需用到两个运放，故选用UA741 （双运放）进行设计。UA747有双列直 插14脚封装的形式，引脚功能如图5所示。主要参数如下：最大电源电压：土 22V输入失调电压：5mV输入偏置电流：500nA输入失调电流：200mA失调电压调节范围：土 15mV最大差模输入电压：土 30V最大共模输入电压：土 13V共模抑制比：80dB开环差模增益：90dB输入电阻：2M0输出峰值电流：土 25mA转移速率：0.5Vus2.5电路设计电路形式选择图如图4所示。该电路采用了积分电路，方波三角波发生器的性能有较大 的提高，三角波线性好，同时其振荡频率和振幅便于调节。方波和三角波的峰值为：U 二 UO1MZRU= UO 2 M R Z2方波和三角波的振荡频率相同，即f - R204 RRC16元件参数的确定如下：2.5.1稳压管的选择：稳压管的作用是限制和确定方波的幅值，并要求保证其对称性和稳定性。选用2DW7硅双向稳压管。由稳压管参数确定R值。0(2DW7： P =0.2W, I =30mA, U =5.86.0V, I =10mA, R 150 )取电源电压 z ZM Z Z Z为U= 12V， U = -12V， R值可按下式估算：CC EE0(U 一1) 一 UR 沁ccz0IZ取 U =5.9V,有：R =510 O。Z02.5.2 R 、R2 值的确定：1RR2的作用是提供一个随输出电压变化的基准电压，并决定三角波的振幅。UO2MR2UZR*U可先取R =20 k0电位器，再计算R2值。有R2 10 R。F F 6现取 C=0.47uF，由：R24 RCf1MINMIN二 88.7k020kO4 x 6kO x 0.47 x 10-6 x 20取 R =100 k0 。63. 电路的工作原理设t=0时接通电源，有U =- V，贝卜V经R6向C充电，是输出电压按线性规律增长。 O 1z z当U c上升到门限电压V ,使V = V =0时，比较器输出U 由-V上跳到+ V ,同时 OT +P1 N1O1zz门限电压下跳到V 值。以后经R6和R5两支路向C反向充电，由于时间常数小，U0迅速T-下降到负值。当U0下降到门限电压V 使V = V =0时，比较器输出U 又+ V由下跳 T- P1 N1O1z到-V。如此周而复始，产生振荡。zR其振荡周期为：T = 4才R CR624. 测试结果4.1 安装与调试4.1.1 运放的正、负电源不能接反，否则造成运放损坏。4.1.2稳压二极管要头对头或尾对尾连接，不由不能稳压。（提示：对2DW7接引脚1、引脚3、引脚2空。）4.1.3在安装R和R前，要先将其调整到设计值的范围内，否则电路可能会不起振。可先16取R =20kQ，R在300。27kQ之间取值。164.1.4电路布局应按信号流向的前后级顺序安排，便于检查电路。检查无误后接通电源，取U二12V，U =-12V再进行调试。CCEE调试的目的是使电路输出电压幅值和信号频率均满足设计要求。可以先改变积分电路参数， 使输出信号频率达到设计指标要求，然后相应改变R和R2的比值使之达到设计指标要求， 相互兼顾，多次反复调整，直到满足设计要求为止。4.2 测试指标4.2.1用双踪观察U 和U 的波形，图形如6所示。并测量其电压峰一一峰值。调节匕测O1O 21量U 幅值变化范围，幅度变化范围在1V3.5V之间。O2图6 输出波形图4.2.2调整R，测量频率变化范围。6保持 R =10 kQ，调整 R =1 kQ 25 kQ，测得 f=22532Hz。165. 工作总结及心得体会5.1设计任务完成情况： 通过为期一周的课程设计，基本上完成了本次设计的技术指标。在开始设计阶段，纸上 的设计和电路仿真情况都完成的很好。在实际连接电路阶段，由于部分芯片和电阻的接触不 良，就必须按照设计分开测试每部分电路，并且需要确定各部分电路都是正常工作，很耗时 间。最后确定了各部分电路都是正常连接到一起的时候，才可能得到预想中的结果。5.2心得体会： 本次课程设计让我们体会到设计电路的、连接电路、调试电路过程中的艰辛与乐趣。 本次课程设计主要运用了模拟电子电路设计的一些相关知识，在整个设计过程中，都离 不开对模拟电子电路知识的的复习和再学习。从到图书馆查找资料到对电路的调试再到最后 电路的成型，都对我所学的知识进行了检验。这样的过程让我对知识理解的更加透彻，并加 以熟练运用所学知识将其付诸实践来完成。在课程设计最初阶段，大家都没什么思路，同学之间互相讨论，大家说出各自的想法 等各人都理解后才开始设计。在设计过程中，总会遇到一些自己无法理解的问题，和同学交 流请教老师是很好的做法，节省时间，也能从被人身上学到更多，而且和同学交流各自的想 法也是很重要的，不同的人对问题的看法总有差异，我可以从交流中获得不同的想法，可以 从中找到最优的设计方法。总而言之，好好利用了学校给我们提供的此次课程设计的机会，努力按要求完成了任务， 提高了自己的综合思考能力和动手实践能。6. 参考文献1 谢自美.电子线路设计实验测试M，武昌：华中理工大学出版社2 康光华. 电子技术基础.模拟部分.第五版，高等教育出版社3张丽华、刘勤勤、吴旭华.模拟电子技术基础仿真、实验与课程设计，西安电子科技 大学出版社设计题目二：测量放大器1.技术指标要求：差模电压增益：A =1500,可调。增益非线性误差小于0.5% VD差模输入阻抗：R三1 M频带宽度：%7=血；2.设计方案：2.1设计考虑：测量放大器又称仪表放大器、数据放大器。其主要特点是：输入阻抗高、输出阻抗低、失调 及零漂很小又具有差动输入、单端输出，增益调节方便，高共模抑制比。适用于大的共模电 压背景下对缓变、微弱信号进行放大。学用于热电偶、应变电桥，生物电信号等的放大。测 量放大器可用运放组成，变有专用集成电路。2.1.1三运放测量放大器。用运放组成的测量放大器线路形式有多种，但核心电路均为三运放测量放大器。用三运放构 成放大器电器如图1所示。图1三运放测量放大器R + R78时，电路的差RR65 电路中Al、A2采用同相的接法，具有很高的输入电阻。在兀R + R13 R模增益A =（1+ R ）-5。调节R2即可改变增益。此电路第一级的电阻R R不VD2R2234影响K ，但第二级的电阻R4R8对K 有直接影响，所以要求温度特性好、精度高的 CMRCMR电阻。在增益分配时依然遵循前高后低的原则，但要考虑电路的特殊性。由于前级输出是将 差模输入放大后迭加在共模输入上，有：1 RU =U+ L(UU ):=U+ ( + L)Uo11R212IC2 R2 IDR1 RU =U3(U -U )二:U -(+ 3)Uo 22R212IC2 R2 ID故为避免信号失真，前级增益不可取太大。同时，尽量使R1和R3相等，A1和A2取性能、 参数一致的运放。为消除零漂，可在图1中的a、b间接如图2所示的调零电路。R7IIXIKBl* 1k11iixikr图2调零电路2.1.2单片集成测量放大电路。测量放大器的各类有很多，如通用型INA110、INA114/INA115、INA113；高精度型AD522、 AD524、AD624；低噪声功耗型INA102、INA103及可编程测量放大器AD526.可视情况选择。 与用运放搭建的测量放大器相比，集成测量放大器具有体积小、外接元件少的特点。同时, 其共模抑制比、通频带、输出噪声和增益线性度等指标有明显提高。2.2电路设计2.2.1方案选择：根据任务要求，选择图2所示的三运放测量放大器作为设计方案的基础。由于电源电压为土15V，帮故取运放的最大输出电压为13V。为使第一级输出不饱和，按A =1, U= 10VVDIDMR R取:1二3R R2 MAX2 MAX因而第二级最小增益为：1 + 字二5R3R R + R 3第二级增益为： 盲=78 =RR546考虑到通频带的要求，在放大器的两输入端串入一阶RC低通。2.2.2 运放选择：按任务要求选择通用型运放。考虑到调零，用UA741 （有调零端）作为A3,用LM324 （四运放）作为A1和A2 （预留设计信号变换器）。UA741和LM324的参数管脚如下：uA741的性能参数电源电压+ UUCCEE+3V-+18V,典型值 +15V-3V18V,典型值-15V工作频率100kHz输入失调电压UIO2Mv单价增益带宽积AuxBW1MHz输入失调电流1IO20nA转换速率SR0.5V开环电压增益AUO106dB共模抑制比CMRR90dB输入电阻R i2 MQ功率消耗50mW输出电阻RO75 Q输入电压范围13VOFFSHTNC VI OUT NULL852X1 L14OFFSET -IN +IN V-NEILL管脚连接圏输出2 7-词输出4二输入4-12 丿可 VE，Gnd迥输入3-可输出3（俯视图）LM324性能参数4通道运算放大器输入共模电压范围包括地放大器数：4大的输出电压摆幅：0VVcc-1.5V大的DC电压增益：lOOdB输入补偿电压：1.5mV （典型值）宽工作电压：3V32V （或1.516V）输入补偿电流：3.0nA （典型值）通道隔离度：120dB差分输入电压：VCC （最大值）输出电流：13mA输入偏置电流：40nA （典型值）工作温度：0C to +70C工作电流：1.0mA （典型值）共模抑制比CMRR： 75dB电源抑制比PSRR： 100dB2.2.3参数计算:取R1=R3,按15V时1 mA电流取：R1=R3=15kQ，则有：R 45k0，取电位器R2为2MAx50 kQ 的电位器；取 R4=R6=33 kQ，则 R5=R7=20 kQ。一滤波器的参数：取电容C为标称值0.01UF,由R = MfC = 2*兀 *103*0.01*10一615k则取R为16 kQ。3电路工作原理如图3所示，它是由运放A1、A2按同相输入接法组成第一级差分放大电路，运放A3组成第 二级差分放大电路。在第一级电路中，U1、U2、分别加到A1、A2的同相端，R2和R1、R3 组成的反馈网络，引入负反馈。于是电路的电压增益为：A二旦V U1-U2R4 1+注R3J R1 丿4. 测试结果4.1在面包板上按图3安装、连接电路。安装时注意以下几点：4.1.1按电路的背后的前后顺序安装。4.1.2单点接地，引线要短，注意正、负电源极性。4.1.3电位器R2应先调至中间的位置再连线。4.1.4uA741的调零电位器选50kQ ,其二定端分别接uA741的二调零端，动端接负电源。安装无误后通电(电源U =15V，U =-15V)并按以下顺序调试。CC EE(a) 调零。将输入端U和U都接地，用示波器或万用表没输出直流电压U，调节uA7411 2 o的调零电位器，使输出直流电压U为零。(提示：调零前先测U和U ，将电位器R2 oO1O 2调至10Q .当U 和U 的直流电压过大时，就检查各自的反馈回路或更换LM324。)O1O 2(b) 信号通道检查R2先调至中间的位置，再将信号源输出正端接U，负端接U2并接12地。调节信号源输出频率为500Hz,峰-峰值为100mV的正弦波。用示波器接信号的流向 从U开始顺序观察信号波形直至U。如某处信号异常或消失，则对该处的元件、接线、 1o电源进行仔细检查，排除故障。4.2指标测量4.2.1 差模输入阻抗测量如图4所示，保持原电路图不变，在U2端串联一个已知电阻值的电阻R,因为测量放 大器输入阻抗特别大，所以取R=2MQ，在电路两端输入一已知电压值的信号UI,利用电 路的分压原理算出电路的差模输入阻抗。输入UI=80.2mV，测得电阻R两端电压UR=2.4mV,利用分压公式求得测量放大器电路的得差模输入阻抗为R输入二64.833MQ。图 4 差模输入阻抗测量电路图4.2.2 增益调节范围和输出幅摆测量。信号源输出频率为500Hz，峰-峰值为40mV的正弦波，正端接U，负端接U空并接地。用示波器和交流毫伏表观察、测量输出电压U。调节R2使U为20V。如下限不够,oO( PP)加大R2；如上限不够或失真，加大R5和R7重新分配增益。4.2.3 频带测量。在完成增益调节范围和输出幅摆测量后( A =500)，保持信号源频率不变，增加频率VD找出使U为14.14V的上截止频率f。O( PP)H4.3.4 增益非线性度测量。在Avt分别为500、50、1时(取频率为500Hz, U 为10V进行标定)；调节输入幅 VDO( PP)度，在U为0-20V的范围内平均取20点测量输入幅度，计算增益非线性误差。O(PP)4.4 仿真结果波形：将电路图输入仿真软件，结果显示如图 5：图 5 仿真结果图5. 工作总结及心得体会为期一周的模拟电子技术课程设计结束。在这一次课程设计过程我学到了许多，我 觉得这次模电课程设计对我们来说是非常有意义的。平时我们学的只是书本知识，很少 有自己动手实践操作的机会，有些知识点理解起来也不是很容易，可是通过这次课程设 计，我发现自己对这些知识点的理解慢慢地比以前更深了。作为一名通信专业的学生 模拟电子技术这门课是我们的专业必修课，也是一门非常重要的专业基础课程。这次课 程设计给了我们一个把书本知识应用到实践中的好机会。从开始选择“测量放大器”这 个设计课题开始，我就面临了很大的问题，以前的知识很多记忆不清了，于是赶紧看书 找回感觉，然后查阅相关资料书籍文献，再接着开始慢慢尝试着进行设计，这一系列的 工作都要做的非常到位才能保证电路设计出来以后没有什么在问题。在这个过程，我才 体会到，知识不能光学不用，这样是不可能真正把知识学通学懂的。只有理论的实践结 合起来，这样学习的效率才会比较理想，学到的东西才能真正转化为自己的东西。比如 我的课程设计中测量放大器要用到LM324和UA741这两个芯片，如果我不花时间去了解 这两个芯片的功能和使用方法，我根本就无法进行电路连接，而这些东西都是要求我们 自己去查资料了解的。在电路的设计过程中，要认真仔细，做到一步一步慢慢来，电路 设计出来以后，不要急于去连接实际电路，就应该先进行模拟仿真，这样可以帮助我们 进行错误排查和电路的更正工作。在确保电路正确无误后，才可以进行实际电路的搭建 工作。在搭建面包板的过程我，要注意面板上这个器件的布局和走线。争取做到器件布 局合理，电路正确连接，面板整齐美观等要求。通过自己动手来找对自己的面包板电路， 我的动手能力得到了很大的提高。电路板搭建成功以后，要进行各项数据的测试工作， 这要求我们要会使用各种仪器，比如示波器，函数发生器等仪器。在些过程中，我也遇 到了许多问题，比如电路设计没有问题，可是搭建好电路以后，电路却不能正常工作， 或者示波器上测试出来的输出波形却不如预期的那样，这些问题都要我筷解决，通过电 路板的排查，检查接线情况等。最后通过自己努力，我解决了所有问题，成功的调试出 来。测量放大器获得圆满成功。6. 参考文献1 谢自美.电子线路设计实验测试M,武昌：华中理工大学出版社2 康光华. 电子技术基础.模拟部分.第五版，高等教育出版社3 张丽华、刘勤勤、吴旭华. 模拟电子技术基础.仿真、实验与课程设计，西安电子科技大学出版社